Термопомпите работят като хладилник в обратен режим. Те извличат топлина от околната среда (въздух, вода или почва) и я превръщат в енергия, която може да се използва за отопление. Делът на използваната електрическа енергия е значително по-малък от дела на използваната топлина от околната среда.

1. Топлообменникът свързва термопомпата с източника на топлина. Това може да бъде външно тяло с вентилатор, което извлича топлина от въздуха, но също така и геотермален топлообменник, кладенец с подпочвени води или друг източник. През този топлообменник преминава много студена течност. Тя се затопля, докато стане толкова топла, колкото източника на топлина, и при това се изпарява. Чрез изпаряването се извлича особено много енергия от топлинния източник – в ежедневието този ефект е познат от изпотяването, при което изпаряващата се пот охлажда кожата. 
2. Образуващият се газ постъпва в компресор, който повишава налягането. С повишаването на налягането се повишава и температурата. Газът вече е достатъчно топъл, за да бъде използван в отоплителната система. 
3. Газът обаче не се подава директно през отоплителните тела, а предава топлината на отоплителната вода във втори топлообменник. По този начин газът отново се кондензира и преминава в течно състояние. 
4. В последния етап течността се разширява в клапан. При това налягането и температурата спадат. Течността вече отново е по-студена от топлинния източник. Цикълът може да започне отначало.

Електричеството в този процес се използва предимно в компресора, както и за по-малки помпи. Топлината произхожда предимно от околната среда. По този начин от един киловатчас електроенергия могат да се произведат до четири киловатчаса топлина. 

• Те използват топлината от околната среда, за да предоставят до четири пъти повече топлина, отколкото електроенергията, която консумират.
• Благодарение на топлината от околната среда те използват оптимално консумираната електроенергия. Това спестява разходи и намалява емисиите на CO₂.
• С нарастващия дял на възобновяемите енергийни източници в енергийния микс емисиите на CO₂ автоматично ще намаляват в бъдеще. Чрез използването на зелена електроенергия те могат да бъдат допълнително намалени още днес.
• Термопомпите могат да се използват както за отопление, така и за охлаждане на сгради.
• Съвременните термопомпи работят много тихо. 

Термопомпите са особено подходящи там, където има достатъчно място за външното устройство, което извлича топлината от околната среда. Това важи преди всичко за по-рядко застроените квартали. В общинското топлоенергийно планиране тези квартали са определени като зони за децентрализирано отопление. Съвременните термопомпи могат да се използват както в нови, така и в стари сгради. 

Термопомпата е особено ефективна, когато температурната разлика между околната среда и отоплителната система е малка. Това се постига или чрез използване на особено топъл източник на топлина, като отпадни води или отпадна топлина от центрове за данни, или когато отоплителната система работи при ниски температури. 

Поради тази причина термопомпите често се използват в съчетание с нови сгради и подово отопление, тъй като там необходимите температури са ниски. Съвременните термопомпи обаче са в състояние да генерират и по-високи температури, така че използването им в стари сгради с класически радиатори по принцип вече не представлява проблем. Въпреки това си струва да се провери дали може да се извърши хидравлично балансиране или дали отделни радиатори трябва да бъдат подменени. Често това прави отоплението още по-ефективно.